Hơn thế nữa, việc ứng dụng phần mềm Mach3 để điều khiển máy CNC là tiền đề, điều kiện cần thiết giúp người mới bắt đầu hay sinh viên tiếp cận gần hơn với một máy CNC thực tế vận hành tr
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của điều kiện kinh tế, xã hội, nhu cầu của con người về mọi mặt đều tăng cao, đặc biệt là về mặt hình thức của các thiết bị và vật dụng như thẩm mỹ, tiện lợi, đa chức năng nhưng dễ sử dụng Để đáp ứng nhu cầu này, các công ty sản xuất và nhà đầu tư phải tập trung vào việc phát triển công nghiệp kỹ thuật không ngừng, nhằm đạt được năng suất cao, chính xác và đẹp Điều này đòi hỏi sự đầu tư và đổi mới liên tục để tạo ra các sản phẩm đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của thị trường.
Mô hình máy khắc lazer CNC công nghiệp là hệ thống máy CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Nhờ vào khả năng làm việc ổn định, độ chính xác cao và hiệu suất làm việc lớn, máy CNC dễ dàng lập trình và điều khiển, mang lại lợi ích đa dạng cho người dùng Đặc biệt, máy CNC được sử dụng phổ biến trong ngành cơ khí để thực hiện các công việc như phay, khắc, cắt, đục trên các bề mặt gỗ, kim loại, mica, alu và nhiều vật liệu khác.
Việc chế tạo một máy CNC có thể vận hành trong công nghiệp đòi hỏi một lượng kiến thức và hiểu biết rất lớn về công nghệ và kỹ thuật Do khả năng và thời gian có hạn, đề tài của nhóm chỉ tập trung giải quyết những yêu cầu cơ bản mà một máy CNC cần có để vận hành hiệu quả.
CNC là gì?
CNC (Computerized Numerical Control) là công nghệ điều khiển bằng máy tính các máy móc phục vụ sản xuất, cho phép tạo ra các bộ phận kim khí hoặc vật liệu khác phức tạp một cách lặp lại Quá trình này được thực hiện thông qua các chương trình viết bằng mã G, một loại ký hiệu chuyên biệt tuân thủ tiêu chuẩn EIA-274-D.
Các máy CNC có thể phân chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:
Các máy CNC được chia thành nhiều loại tương tự như các máy công cụ truyền thống, bao gồm máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC, v.v., cho phép thực hiện gia công đa dạng bề mặt và sử dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau Ngoài ra, dựa trên hệ điều khiển, máy CNC cũng được phân loại thành các loại khác nhau, đáp ứng nhu cầu gia công phức tạp và đa dạng trong sản xuất.
• Các máy điều khiển điểm tới điểm
• Các máy điều khiển đoạn
• Các máy điều khiển đường
Ưu nhược điểm máy CNC
• Tăng năng suất lao động so với lao động tay chân
• Sản phẩm có độ thẩm mỹ và độ chính xác cao
• Tạo ra sản phẩm có tính phức tạp cao
• Áp dụng vào đa dạng các ngành nghề
• Dễ bảo trì, sửa chữa
• Giảm chi phí sản xuất
• Dễ dàng giám sát, kiểm tra
• Linh hoạt trong việc lập trình
• Tăng khả năng tự động hóa cho dây chuyền sản xuất
• Giá thành chế tạo máy khá cao
• Giá mua máy rất đắc
• Chi phí bảo trì, sửa chữa cao
• Khó khăn khi thay đổi người vận hành máy.
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành khuôn mẫu và ngành nhựa của Việt Nam đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây Đối với các khuôn mẫu đơn giản, gia công bằng máy tay hoặc máy vạn năng vẫn có thể đáp ứng được yêu cầu Tuy nhiên, để tạo ra các khuôn mẫu và chi tiết máy phức tạp, việc gia công trên các máy công cụ điều khiển số CNC là bắt buộc.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay, sự đa dạng của máy CNC đáp ứng nhu cầu sản xuất đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên chất lượng vẫn chưa đồng đều Việc lựa chọn máy CNC phù hợp với điều kiện sản xuất và tài chính của công ty vẫn là một thách thức Vì vậy, thiết kế một hệ thống máy CNC phù hợp là cần thiết để giảm chi phí, thời gian và điều kiện bảo trì, sửa chữa Nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài liên quan đến việc chế tạo, vận hành và kiểm tra một mô hình máy CNC thu nhỏ để đánh giá khả năng hoạt động, độ chính xác và các yếu tố liên quan, từ đó đề xuất hướng giải quyết và phát triển sâu rộng hơn cho đề tài, góp phần giải quyết nhu cầu cấp thiết hiện tại.
mục tiêu đề tài
Khi thực hiện đề tài "ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC LASER 4 TRỤC", nhóm tác giả đã tìm hiểu nhiều đề tài khác, nhưng vì tính cấp thiết của đề tài này, chúng tôi quyết định thực hiện nó với mục tiêu xây dựng và điều khiển máy CNC laser 4 trục hiệu quả.
Vận dụng kiến thức về máy CNC, mô hình máy khắc laser 4 trục X-Y-Z-A có thể được chế tạo để thực hiện các công việc khắc tinh tế trên bề mặt gỗ Với khả năng di chuyển theo tọa độ X và Y, máy có thể dễ dàng khắc lên bề mặt gỗ phẳng Ngoài ra, trục xoay A cho phép máy khắc trên bề mặt khối trụ tròn hoặc vuông bằng gỗ, mang lại sự đa dạng trong thiết kế Trục Z đóng vai trò quan trọng với nguồn laser, thực hiện nhiệm vụ khắc sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả.
• Kết nối, giao tiếp và phát xung điều khiển giữa Board Mach3 USB – Các driver và động cơ servo
• Lập trình, điều khiển, giám sát mô hình máy CNC để tạọ ra sản phẩm có độ chính xác cao
• Thành thạo trong cài đặt thông số, điều khiển trên phần mềm Mach3
• Xử lý khắc phục lỗi khi gặp sự cố.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Động cơ servo và vitme
• phần mềm điều khiển Mach3
• Board mạch BOB Mach 3 USB
• Máy CNC 4 trục gia công trên bề mặt gỗ
• Phầm mềm Aspire dùng để thiết kế
• Điều khiển bằng phần mềm Mach3
• Không gian làm việc: 150 mm × 170 mm
• Sai số cho phép: 0.5 mm
1.7 QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Hình 1.2 Lưu đồ thực hiện đề tài
Sau quá trình thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã tìm hiểu và đúc kết được các nội dung sau:
• Tìm hiểu CNC là gì
• Tìm hiểu các loại máy CNC hiện nay
• Tìm hiểu cách hoạt động của máy CNC
• Đọc các bài báo, công trình nghiên cứu về máy CNC
• Tìm hiểu về động cơ servo và cách điều khiển
• Tìm cách lắp đặt các trục X, Y, Z, A một cách tối ưu
• Tìm hiểu về các loại cảm biến tiệm cận
• Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm Mach3
• Tìm hiểu về nguồn lazer
• Vẽ sơ đồ khối hệ thống
• Vẽ sơ đồ mạch nguyên lý
• Thiết kế, vẽ sơ đồ nối dây phần cứng hệ thống
• Lắp đặt 3 trục X, Y, Z, A trên mặt phẳng mô hình
• Thi công lắp đặt các nguồn điện áp cần cung cấp cho hệ thống
• Lắp đặt mạch điều khiển cho hệ thống
• Đi dây kết nối phần cứng hệ thống
• Viết code, nạp code vận hành thử hệ thống
❖ Vận hành và kiểm tra
• Tiến hành khắc thử trên các bề mặt phôi gỗ
• Kiểm tra hệ thống ở các vận tốc, gia tốc khác nhau
• Điều khiển, kiểm tra các ngõ vào, ra điện áp trên board Mach3
• Kiểm tra độ rung của hệ thống, độ chính xác của phôi sao khi phay
• Kiểm tra lỗi hệ thống
• Viết báo cáo kiểm tra mỗi khi vận hành
1.8 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
• Khảo sát thực tế: khảo sát máy CNC thực tế trong nhà máy sản xuất sản phẩm gỗ gia dụng
• Tìm hiểu những máy CNC trên internet
• Sử dụng phần mềm Aspire để thiết kế
• Chế tạo mô hình máy phay CNC 4 trục
• Sử dụng phần mềm Mach3 để điều khiển và giám sát
1.9 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Khi thực hiện đề tài này, sinh viên cần có kiến thức cơ bản về nhiều lĩnh vực như điện tử, cơ khí, tin học, kỹ năng giao tiếp và sử dụng phần mềm điều khiển Điều này giúp sinh viên vận dụng kiến thức vào thiết kế, xây dựng phần cứng, viết code và gia công chi tiết Thông qua quá trình này, sinh viên có cơ hội tìm tòi, học hỏi, nghiên cứu và tích lũy kinh nghiệm quan trọng về ngành học của mình trước khi bước vào nghề nghiệp và làm việc với doanh nghiệp.
Việc nghiên cứu chế tạo máy CNC giúp sinh viên tích lũy kiến thức quan trọng, mở ra hướng nghiên cứu mới và giải pháp tối ưu hơn Điều này cho phép giảm giá thành, chi phí bảo trì sửa chữa và vận hành so với máy CNC hiện tại, từ đó nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho người dùng.
Sản phẩm sau quá trình nghiên cứu và chế tạo có thể đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ giảng dạy, đáp ứng các yêu cầu cao về độ chính xác và tính thẩm mỹ, đồng thời tạo tiền đề cho việc cải tiến và phát triển trong tương lai.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CNC
Hình 2.1 Các thành phần chính của một hệ thống máy CNC
• Một hệ thống máy CNC như hình gồm các thành phần sau:
Thiết bị cá nhân đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế sản phẩm, khi người thiết kế sử dụng máy tính để tạo ra đoạn chương trình thông qua phần mềm chuyên dụng Đoạn chương trình này thường được viết dưới dạng G-code, mô tả chi tiết các bước mà máy CNC sẽ thực hiện để tạo ra chi tiết sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả.
• Thiết bị lưu trữ đoạn chương trình chuyển xuống bộ điều khiển máy Có thể là usb, thẻ nhớ hay mạng
Bộ điều khiển máy đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công, đọc và biên dịch đoạn chương trình để điều khiển máy thực hiện các thao tác chính xác Quá trình này đòi hỏi sự điều khiển chính xác vị trí và chuyển động của các thành phần trên máy, nhằm đạt được thời gian cắt, tốc độ và chiều sâu cắt tối ưu.
Các bộ điều khiển động cơ (Driver) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống máy, nhận lệnh từ bộ điều khiển máy và thực hiện vận hành các động cơ trên các trục cũng như động cơ trục chính (Spindle), trong đó nguồn laser sẽ được sử dụng để điều khiển chính xác.
• Máy công cụ: Các trục của máy được truyền động thông qua vitme bởi động cơ Servo.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống cnc
Hình 2.1 Các thành phần chính của một hệ thống máy CNC
• Một hệ thống máy CNC như hình gồm các thành phần sau:
Thiết bị cá nhân của người thiết kế đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các chi tiết sản phẩm Bằng cách sử dụng máy tính và phần mềm chuyên dụng, họ có thể tạo ra các đoạn chương trình mô tả chi tiết các bước thực hiện để tạo ra sản phẩm Các đoạn chương trình này thường được viết dưới dạng G-code, cung cấp hướng dẫn chính xác cho máy CNC trong quá trình gia công và sản xuất chi tiết sản phẩm.
• Thiết bị lưu trữ đoạn chương trình chuyển xuống bộ điều khiển máy Có thể là usb, thẻ nhớ hay mạng
Bộ điều khiển máy đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công, khi nó đọc và biên dịch đoạn chương trình để điều khiển máy thực hiện các hoạt động chính xác Quá trình này bao gồm điều khiển chuyển động, vị trí của các thành phần chuyển động trên máy, nhằm đạt được độ chính xác tối ưu về thời gian cắt, tốc độ và chiều sâu cắt cần thiết.
Các bộ điều khiển động cơ (Driver) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống máy, nhận lệnh trực tiếp từ bộ điều khiển máy và thực hiện việc vận hành các động cơ trên các trục cũng như động cơ trục chính (Spindle), trong đó nguồn laser sẽ được sử dụng để điều khiển chính xác.
• Máy công cụ: Các trục của máy được truyền động thông qua vitme bởi động cơ Servo
2.1.2 Khái niệm về một hệ thống servo:
Hình 2.2 Khái niệm về một hệ thống servo
Tín hiệu lệnh được gửi từ máy tính của người dùng đến bộ điều khiển servo, nơi nó được chuyển đổi thành lệnh điều khiển chuyển động của động cơ servo Bộ điều khiển servo đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chuyển động của động cơ, đảm bảo rằng động cơ hoạt động chính xác và hiệu quả.
Nguồn điện được cung cấp cho bộ điều khiển servo thực hiện chuyển đổi nguồn AC thành mức DC yêu cầu, đồng thời cung cấp điện áp thấp cần thiết cho hoạt động của các cảm biến Khi cấp nguồn cho động cơ servo, tải bắt đầu di chuyển và thay đổi tốc độ cũng như vị trí theo yêu cầu.
Bộ điều khiển định vị đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chuyển động của tải bằng động cơ servo Thông qua tín hiệu phản hồi, bộ điều khiển xác định xem tải có đang được di chuyển đúng theo yêu cầu hay không, và nếu cần thiết, sẽ thực hiện điều chỉnh phù hợp Quá trình kiểm soát tải diễn ra dựa trên các thông số vị trí, hướng và tốc độ, trong đó tốc độ hoặc vị trí được kiểm soát liên quan đến tham chiếu (tín hiệu lệnh) thông qua việc sử dụng thiết bị phản hồi thích hợp (thiết bị phát hiện lỗi).
Giới thiệu phần cứng
Động cơ servo được thiết kế để hoạt động trong các hệ thống hồi tiếp vòng kín, nơi tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí của nó sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển, cho phép nó kiểm soát và điều chỉnh chính xác Nếu động cơ gặp phải bất kỳ cản trở nào, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy sự sai lệch và mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sửa để động cơ đạt được điểm chính xác mong muốn.
Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên tắc của từ trường mạnh từ rotor là nam châm vĩnh cửu, kết hợp với stator được cuốn các cuộn dây riêng biệt cấp nguồn theo trình tự thích hợp để tạo ra chuyển động quay Khi cấp nguồn chính xác về thời điểm và dòng điện cho các cuộn dây, chuyển động quay của rotor sẽ phụ thuộc vào tần số, pha, phân cực và dòng điện chạy trong cuộn dây stator Các thành phần chính bên trong động cơ servo bao gồm đĩa bộ mã hóa xung vòng quay, nam châm vĩnh cửu và cuộn dây stator, giúp tạo ra chuyển động chính xác và hiệu quả.
Hình 2.3 Cấu trúc động cơ Servo
Động cơ có những ưu điểm vượt trội như hoạt động ổn định ở mọi vận tốc, cho phép điều chỉnh tốc độ quay dễ dàng, bằng phẳng và kinh tế với phạm vi điều chỉnh rộng Ngoài ra, động cơ còn có khả năng dừng tức thời khi mất tín hiệu điều khiển, đáp ứng nhanh và có thể điều khiển tải công suất lớn gắn trên trục với tín hiệu điều khiển nhỏ.
• Nhược điểm: Chi phí cao Yêu cẩu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển
❖ Phương pháp điều khiển động cơ Servo:
Phương pháp kiểm soát vị trí thường sử dụng phương pháp phát hiện vị trí đầu cuối trục, đòi hỏi cấu hình phức tạp và một bộ phát hiện vị trí riêng biệt Tuy nhiên, phương pháp này không dễ dàng ổn định do thường bị ảnh hưởng bởi sự di chuyển của trục.
Hình 2.4 Phương pháp kiểm soát vị trí
❖ Động cơ servo trục A HC-KFS13:
• Tốc độ vòng quay: 3000 – 4500 vòng/phút
• Encoder: 17 bit, độ phân giải 131.072 Xung/vòng
• Dòng Servo driver amplifier tương thích: MR-J2
Hình 2.5 Động cơ servo HC-KFS13
Hình 2.6 Bộ driver động cơ AC Servo MR-J2S
Bộ điều khiển động cơ MELSERVO-J2S tích hợp chuỗi xung tốc độ cao lên tới 500kpps, cho phép kiểm soát tốc độ và hướng của động cơ một cách chính xác, đồng thời thực hiện định vị với độ phân giải cao lên đến 131072 xung/vòng Ngoài ra, bộ điều khiển này cũng hỗ trợ khởi động và dừng mượt mà, đáp ứng được các lệnh vị trí đột ngột và đảm bảo an toàn cho bóng bán dẫn điện trong mạch chính bằng cách giới hạn mô-men xoắn trên bộ khuếch đại servo Giá trị giới hạn mô-men xoắn này có thể được thay đổi linh hoạt thông qua việc chỉnh thông số trong bộ điều khiển, giúp người dùng dễ dàng tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng.
Driver MR-J2S được trang bị chức năng giao tiếp nối tiếp RS-232C hoặc RS-422, cho phép người dùng dễ dàng cài đặt tham số, vận hành thử, theo dõi và hiển thị trạng thái cũng như điều chỉnh mức tăng một cách linh hoạt và chính xác.
Hình 2.7 Hiển thị và chức năng các nút nhấn của bộ khuếch đại
Hình 2.8 Cấu trúc bộ điều khiển MR-J2S-100A trở xuống
Bộ điều khiển MR-J2S là thiết bị quan trọng giúp cấp nguồn cho động cơ Servo, bao gồm mạch động lực và mạch điều khiển Động cơ Servo HC-KFS có tốc độ định mức ấn tượng lên đến 3000 vòng/phút, đáp ứng nhu cầu điều khiển chính xác Ngoài ra, bộ điều khiển này còn được trang bị encoder 17 bit, cho phép hồi tiếp tốc độ và vị trí của động cơ Servo một cách chính xác và đáng tin cậy.
❖ Sơ đồ kết nối bên trong của bộ khuếch đại:
Sơ đồ kết nối bên trong gán tín hiệu đã được thiết lập sẵn ở trạng thái ban đầu trong mỗi chế độ điều khiển Để cấp nguồn, sử dụng nguồn nội 24V và nối đất các chân theo sơ đồ đã định.
Hình 2.9 Sơ đồ kết nối dây bên trong bộ khuếch đại
Bảng 2.1 Ký hiệu và tên các kí hiệu trong sơ đồ kết nối bên trong bộ điều khiển trong chế độ kiểm soát tốc độ
Kí hiệu Tên kí hiệu Kí hiệu Tên kí hiệu
VDD Nguồn nội 24VDC TLA Giới hạn moment xoắn tương tự
COM Cực âm của nguồn nội 24V P15R Nguồn 15VDC
CR Clear LG Chân kiểm soát chung
SON Servo-on RD Ready
TL Giới hạn moment xoắn ALM Báo động
RES Reset ZSP Tốc độ không
Bộ mã hóa xung pha A LSP Kết thúc hành trình quay thuận LAR
LSN Kết thúc hành trình quay nghịch LZR
Bộ mã hóa xung pha Z OPC Mở nguồn đầu vào của bộ thu phát xung LZ
NP Tín hiệu xung PP Xung quay thuận và Xung quay nghịch
PG Tín hiệu nguồn đầu vào OP Bộ mã hóa xung pha Z ( Bộ thu mở)
NG Tín hiệu nguồn đầu vào TLC Giới hạn momen xoắn
LBR Bộ mã hóa xung pha B SD Nối đất
LB SG Chân tín hiệu chung
❖ Đầu nối tín hiệu CN1( Đầu nối tín hiệu I/O)
Hình 2.10 Đầu nối tín hiệu I/O
❖ Đầu nối tín hiệu CN2 Đầu nối bộ mã hóa
Hình 2.11 Đầu nối bộ mã hóa
❖ Chế độ xung đầu vào:
Các xung lệnh đầu vào có thể được cấu hình theo hai dạng khác nhau, bao gồm logic dương và logic âm, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng Để chọn dạng chuỗi lệnh xung phù hợp, người dùng có thể điều chỉnh tham số số 21.
Hình 2.12 Nhập chuổi xung lệnh chiều quay servo
• Kết nối và dạng sóng:
Hình 2.13 Điện áp đầu vào cấp cho Servo-ON
Giả định dạng sóng đầu vào được đặt thành tích cực mức cao các xung quay thuận và nghịch (tham số 21 đã được đặt thành 0001)
Các xung được hiểu như sau:
Hình 2.14 Tín hiệu xung điều khiển chiều quay
❖ Chế độ vận hành thử nghiệm:
Chuyển tới màn hình hiển thị sau khi bật nguồn Chọn vận hành jog/vận hành không có động cơ theo quy trình sau:
Hình 2.15 Quy trình vận hành servo chạy không tải
• Hoạt động jog: hoạt động jog được thực hiện khi không có lệnh từ các thiết bị lệnh bên ngoài
Để vận hành động cơ servo, trước tiên bạn cần kết nối EMG-SG để bắt đầu chạy jog Tiếp theo, kết nối VDD-COM để sử dụng nguồn điện bên trong Để điều khiển động cơ, hãy giữ nút "LÊN" hoặc "XUỐNG" và động cơ sẽ bắt đầu hoạt động Khi muốn dừng động cơ, chỉ cần tắt nguồn điện là được.
❖ Chức năng của nút nhấn up và down trong chạy jog:
Bảng 2.2 Chức năng của nút nhấn up và down trong chạy Jog
UP Nhấn để bắt đầu xoay thuận (CCW) Tắt nguồn để dừng.
DOWN Nhấn để bắt đầu xoay nghịch (CW) Tắt nguồn để dừng.
Để kết thúc hoạt động chạy jog, bạn có thể thực hiện một trong hai cách sau: tắt nguồn thiết bị hoặc nhấn nút "MODE" để chuyển sang màn hình tiếp theo, sau đó nhấn nút "SET" trong 2 giây trở lên để hoàn tất quá trình.
❖ Hệ thống servo với các thiết bị phụ trợ:
Hình 2.16 Hệ thống servo và các thiết bị phụ trợ
Hình 2.17 Cấu trúc Driver MR-C10A
❖ Sơ đồ nguồn cấp cho bộ khuếch đại:
Hình 2.18 Sơ đồ nguồn cấp cho bộ khuếch đại
• Đầu nối tín hiệu CN1( Đầu nối tín hiệu I/O):
Hình 2.19 Đầu nối tín hiệu I/O
• Đầu nối tín hiệu CN2 (Đầu nối bộ mã hóa):
Hình 2.20 Đầu nối tín hiệu bộ mã hóa
Hình 2.21 Sơ đồ quy trình hoạt động
• Power on: bật tín hiệu bật servo (SON) Khi bật nguồn, màn hình hiểu thị
Để thực hiện thao tác một cách trơn tru, bạn cần kiểm tra tín hiệu đầu vào trên màn hình Điều quan trọng là phải đảm bảo trạng thái bật/tắt tín hiệu kỹ thuật số được hiển thị rõ ràng, đồng thời các tín hiệu kết thúc hành trình phải được bật để đảm bảo quá trình thực hiện được thành công.
• Kiểm tra hoạt động: trong chế độ vận hành thử,đảm bảo động cơ servo hoạt động
Khi tín hiệu servo-on (SON) được bật, động cơ servo sẽ sẵn sàng hoạt động và trục servo sẽ bị khóa, thể hiện tình trạng khóa servo Nếu trục động cơ không bị khóa, có thể tín hiệu servo-on chưa được bật, vì vậy cần kiểm tra trình tự cài đặt Khi SON được bật, màn hình sẽ hiển thị thông tin tương ứng, cho phép người dùng theo dõi và kiểm soát hoạt động của động cơ servo.
Hình 2.22 Hiển thị khi servo-on được bật
Khi nhập lệnh truyền động đầu vào, động cơ servo bắt đầu quay sau khi nhận một chuỗi xung từ bộ định vị Ban đầu, động cơ sẽ chạy ở tốc độ thấp để kiểm tra hướng quay, nếu không đúng như đã kiểm tra, cần kiểm tra lại các tín hiệu đầu vào Trên màn hình trạng thái, người dùng có thể theo dõi tốc độ động cơ servo, tần số xung lệnh và hệ số tải Sau khi kiểm tra vận hành máy kết thúc, cần xác nhận vận hành tự động với chương trình định vị để đảm bảo mọi thứ hoạt động trơn tru.
• Stop: Hoạt động bị gián đoạn và dừng lại bởi :
- Servo off: mạch điện tắt và servo sẽ dừng lại
- Kết thúc quy trình:Động cơ servo dừng và bị khóa servo Động cơ servo được chạy theo hướng ngược lại.
- Cảnh báo: Khi xảy ra báo động, mạch điện sẽ tắt
❖ Chế độ vận hành thử nghiệm:
Hoạt động chạy thử nghiệm có thể được thực hiện mà không cần đơn vị lệnh đầu vào mạch xung
- Màn hình hiển thị sau khi bật nguồn được hiển thị:
Hình 2.23 Hiển thị sau khi bật nguồn
Thực hiện thao tác sau để xoay động cơ servo với tốc độ 200v/p Tại thời điểm này, thời gian tăng tốc/giảm tốc là 1s
CW) Nhấn DOWN Để dừng, thả nút tương ứng
• Hiển thị trạng thái: Trạng thái servo trong quá trình vận hành.Nhấn Mode để chuyển sang màn hình hiển thị trạng thái
Để chấm dứt hoạt động thử nghiệm, bạn cần thực hiện một số bước đơn giản Đầu tiên, hãy tắt nguồn thiết bị một lần hoặc nhấn nút Mode để hiển thị thông tin trên màn hình Sau đó, nhấn và giữ nút SET trong khoảng thời gian lâu hơn 2 giây.
❖ Hệ thống servo với các thiết bị phụ trợ:
Hình 2.24 Hệ thống servo và các thiết bị phụ trợ
2.2.4 Board mạch CNC BOB MACH3 USB:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn cho toàn mạch Trong đề tài này, hệ thống sử dụng ba nguồn chính: nguồn 12VDC dành cho Laser, nguồn 24VDC cho các cảm biến và các ngõ vào trên board MACH3 USB Ngoài ra, board MACH3 USB còn nhận nguồn từ cổng USB của máy tính để cấp xung cho hệ thống, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Khối xử lý trung tâm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, tạo ra lệnh điều khiển và điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống Ngoài ra, khối này còn nhận tín hiệu từ cảm biến, relay hoặc máy tính gửi về, xử lý và gửi tín hiệu điều khiển sang các khối khác để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru và hiệu quả.
• Khối công suất: Điều khiển các động cơ servo, cách ly giữa mạch điều khiển và các tải
• Khối truyền động: Di chuyển các trục trong quá trình chuyển động
• Khối điều khiển: Sử dụng phần mềm MACH3 trên laptop để điều khiển cấp xung lệnh cho khối xử lý trung tâm điều khiển các khối khác
Khối cảm biến đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển trung tâm, hoạt động như ngõ vào để phát hiện và xử lý thông tin từ bốn cảm biến Khi một trong bốn cảm biến này tác động, khối cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến khối điều khiển trung tâm, từ đó kích hoạt lệnh dừng động cơ servo.
Lưu đồ thuật toán trong hệ thống CNC 4 trục
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán hệ thống CNC 4 trục
Sơ đồ phần cứng
3.3.1 Sơ đồ hình khối của các thiết bị phần cứng hệ thống CNC 3 trục
Hình 3.3 Sơ đồ hình khối các thiết bị
• Thiết bị (2): Bộ lọc nhiễu
• Thiết bị (3): Các CB bảo vệ hệ thống CNC
• Thiết bị (4): Các cảm biến tiệm cận GXL-N12FB của các trục Servo
• Thiết bị (5): Board BOB Mach3
• Thiết bị (6): Nguồn 12VDC và 24VDC
• Thiết bị (7): Các driver điều khiển động cơ Servo
• Thiết bị (8): Các động cơ servo của trục X, Y, A
Phôi đặt trên mặt phẳng không gian làm việc hoặc cố định trên trục A, Laser cố định trên trục Z và được di chuyển bằng 2 trục X, Y
• Phần cố định bao gồm khung máy, các trục trượt, động cơ, Laser và cơ cấu truyền động của trục X và A gắn cố định vào khung máy
• Trục Z trượt trên trục Y và Trục Y trượt trên trục X
Dây điện được luồn dưới máng nhựa và được bọc cách điện bằng ống ruột gà
Hình 3.4 Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống
• Sử dụng nguồn 1 pha 220VAC cấp điện cho hệ thống
• Sử dụng dây đơn cứng nhiều lõi
• CB15a là CB 15A bảo vệ toàn hệ thống Driver và động cơ Servo
• CB15b là CB 15A bảo vệ hệ thống nguồn 12VDC và 24VDC
3.3.2 Sơ đồ kết nối dây của bộ điều khiển và động cơ Servo
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối dây giữa bộ điều khiển và động cơ servo
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối dây của board MACH3 với cáp tín hiệu của driver MR-J2S
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối dây của board MACH3 với cáp tín hiệu của driver MR-C10A
3.3.3 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC 4 trục
Hình 3.8 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC 4 trục
• Nguồn 24VDC, 12VDC được cấp cho các cảm biến, cấp cho mạch điều khiển và nguồn Laser thông qua các chân nguồn
• Lệnh G-code được xuất từ phần mềm Aspire, sử dụng phần mềm Mach3 để cấp xung điều khiển cho board mạch Mach3 USB thông qua cáp USB
Các chân NP, NG, PP, PG của đầu nối tín hiệu CN1-A đóng vai trò quan trọng trong việc nhận xung từ board mạch và thực hiện các lệnh G-code đã được cài đặt trong phần mềm Mach3, cho phép điều khiển chính xác các hoạt động của máy.
• Khi cảm biến không tác động (chân tín hiệu của cảm biến 24V) Các công tắc thường đóng đóng lại lúc này mạch được thông
Khi một trong các cảm biến tác động, hệ thống sẽ tự động dừng hoạt động gia công do mất điện và hở mạch Lúc này, các công tắc sẽ đóng mở ra và chân tín hiệu cảm biến sẽ xuống 0V Đồng thời, trên màn hình hiển thị của phần mềm Mach3 sẽ xuất hiện báo động, cảnh báo sự cố để người vận hành có thể xử lý kịp thời.
3.3.4 Sơ đồ hình chiếu bằng mô phỏng mô hình thực tế:
Hình 3.9 Hình chiếu bằng mô phỏng mô hình thiết bị điện thực tế
Hình 3.10 Hình chiếu bằng mô phỏng mô hình thiết bị cơ truyền động thực tế
Cài đặt thông số hệ thống
3.4.1 Cài đặt thông số cho phần mềm Mach3:
❖ Mục Config- Select native Units chọn đơn vị là mm
Hình 3.11 Cài đặt đơn vị hệ thống
❖ Mục Config- Ports & Pins- Port setup and axis selection chọn tần số tối đa phát xung là 100khz
Hình 3.12 Lựa chọn tần số phát xung tối đa
❖ Mục Config- Ports & Pins – Motor outputs lựa chọn các chân phát xung và xung chiều điều khiển 3 động cơ AC Servo cho các trục X, Y, A và Laser
Hình 3.13 Khai báo ngõ ra phát xung của các trục
Để cài đặt địa chỉ các cổng vào, bạn cần truy cập mục Config- Ports & Pins – Input Signals Tại đây, bạn chỉ cần kích hoạt 4 chân tín hiệu X++, X , Y++, Y để giới hạn các trục X và Y, vừa đủ số ngõ vào cho phép từ in1 tới in4 trên board.
Hình 3.14 Khai báo các tín hiệu ngõ vào
Cài đặt nút nhấn dừng khẩn cấp Estop cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hoạt động chính xác Vì các cảm biến hành trình X++, X , Y++, Y đều tích cực mức thấp, nên ngõ vào Estop nên đấu chung với một trong các chân input cảm biến, chẳng hạn như chân in1, và thiết lập tích cực mức thấp Điều này giúp tránh tình trạng nút Estop luôn tích cực do cảm biến thường đóng, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống.
Hình 3.15 Khai báo nút dừng khẩn cấp
3.4.2 Tính toán, cài đặt Parameter cho Driver và nhập thông số chuyển động của các trục vào phần mềm Mach3
Một vòng quay của động cơ servo cho phép trục X di chuyển được 20mm, do đó để trục X dịch chuyển 1mm, số xung cần thiết sẽ là 4000/20 xung Khi chọn tỷ lệ P3/P4 là 4/1, số xung cài đặt trong phần mềm Mach3 để động cơ dịch chuyển 1mm sẽ được tính toán lại, kết quả là 50 xung.
Một vòng quay của động cơ servo tương ứng với trục Y di chuyển được 20mm, điều này có nghĩa là để trục X dịch chuyển 1mm, số xung cần thiết sẽ là 4000/20 xung Tuy nhiên, khi chọn tỷ lệ P3/P4 là 4/1, số xung cài đặt trong phần mềm Mach3 để động cơ dịch chuyển 1mm sẽ được giảm xuống còn 50 xung.
Một vòng quay của servo tương ứng với trục A là 360 độ, do đó để trục A xoay 1 độ, số xung cần thiết sẽ là 131072/360 xung Khi chọn tỷ lệ P3/P4 là 25/1, số xung cài đặt trong phần mềm Mach3 để động cơ dịch chuyển 1mm sẽ được tính toán là 364.
• Chọn tần số xung lệnh là 1KHz Tốc độ tối đa của các trục lần lượt như sau :
❖ Nhập thông số chuyển động vừa tính toán được vào phần mềm Mach3
• Vào mục Config – Motor tunning
Hình 3.16 Mục cài đặt thông số chuyển động
• Cửa sổ cài đặt Motor tunning hiện ra với các cài đặt cơ bản sau
Step per Số xung trục tương ứng di chuyển 1 đơn vị (mm/inches/độ) Velocity Vận tốc dịch chuyển
Acceleration Gia tốc dịch chuyển
Axis selection Lựa chọn trục để cài đặt
Lưu ý: Trong khi cài đặt thông số cho từng trục, bấm save axis setting trước khi tiếp tục chuyển sang cài đặt thông số cho trục khác
Hình 3.17 Các chức năng cơ bản của cửa sổ Motor tunning
Hình 3.18 Cài đặt thông số trục X
Hình 3.19 Cài đặt thông số trục Y
Hình 3.20 Cài đặt thông số trục A
Vì trục Z là nguồn Laser với công suất cố định, xung điều khiển và xung chiều chỉ có tác dụng bật/tắt Laser, nên người dùng có thể tự do cài đặt thông số theo ý muốn mà không gặp hạn chế.
Hình 3.21 Cài đặt thông số trục Z
❖ Cài đặt thông số trong bộ điều khiển Parameter cho các Driver:
• Các chân đầu nối tín hiệu Cn1 của driver MR-C10a và chân Cn-1A của driver MR-J2S: Chân PP, PG, NP, NG nhận xung
• Các chân Cn-1B của driver MR-J2S: VDD-COM, EMG-SG để loại bỏ tín hiệu Emergency
Các chân đầu nối tín hiệu CN2 của driver MR-C10a và driver MR-J2S cần được kết nối chính xác với Encoder của động cơ servo để đảm bảo truyền tín hiệu ổn định Cụ thể, chân P5 là nguồn, chân LG là đất, còn chân MR, MRR, MD và MDR là các chân tín hiệu phản hồi quan trọng, giúp bộ khuếch đại của động cơ servo hoạt động hiệu quả.
Giá trị cài đặt Miêu tả
P0 0000 Lựa chọn chế độ điều khiển vị trí
Lọc nhiễu tín hiệu đầu vào có độ rộng xung 3.555ms và lựa chọn khóa liên động phanh điện từ của CN1B-pin19
P16 0000 Sử dụng cáp RS-232C, xóa giá trị khi tắt nguồn và không bị delay
P18 0001 Hiển thị tốc độ động cơ khi bật nguồn
P19 000E Cho phép tham khảo và thiết lập giá trị tất cả các thông số
P21 0011 Chọn chế độ một xung (một chân phát xung, chiều quy định bởi một chân tín hiệu digital (ON, OFF)
Tiết kiệm chân phát xung Do ngõ ra máy tính dùng phần mềm mach3 tín hiệu phát xung là dạng Xung- Chiều
P411 0111 Tín hiệu Servo On, LSP, LSN luôn được kích hoạt
❖ Xét thông số P54: Thay đổi hướng quay của động cơ servo
• Driver điều khiển động cơ servo trục X: cài đặt giá trị P54: 0001
• Driver điều khiển động cơ servo trục Y: cài đặt giá trị P54: 0000
• Thay đổi hướng quay của động cơ servo cho các xung đầu vào:
Hướng quay động cơ Xung đầu vào tại vị trí quay thuận
Xung đầu vào tại vị trí quay nghịch
Nghĩa là khi cấp xung từ board mạch MACH3 USB vào các driver thì 2 động cơ servo sẽ quay ngược chiều nhau.
Thiết kế và tạo file gcode bằng phần mềm Vectrics Aspire
Trong ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire tác giả ứng dụng nó để tạo mẫu khắc laser tên viết tắt của trường Sư Phạm Kỹ Thuật (SPKT)
Hình 3.22 Mẫu cần gia công
Tác giả đã tận dụng triệt để các thanh công cụ sẵn có của phần mềm, đặc biệt là tính năng hỗ trợ tạo nhanh khối 3D, một tính năng mới vượt trội so với các phần mềm khác, giúp quá trình thiết kế trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Để bắt đầu thiết kế mẫu gia công với Vectrics Aspire, bạn cần khởi động phần mềm và tạo Model mới bằng cách chọn "Create a new file" Sau đó, tạo phân vùng làm việc để thuận lợi cho việc thiết lập mẫu gia công Một điểm nổi bật của Vectrics Aspire là cho phép bạn chèn các hình ảnh, logo sẵn có, viết chữ và tạo các thành phần cho mẫu gia công mà không cần phải thiết kế lại từ đầu.
Hình 3.23 Khai báo khổ ván gia công
❖ Bước 2: Tạo mẫu cần gia công
Hình 3.24 Tạo mẫu cần gia công
❖ Bước 3: Khai báo công cụ tại mục Toolpaths trong phần Tool database Vì trục
Khi sử dụng nguồn laser, bước chọn dao có thể được bỏ qua và kích thước dao được đặt theo mặc định Tại phần này, việc lựa chọn loại dao Engarving với Stepover là 0.16 đóng vai trò quan trọng, trong đó Stepover càng thấp thì nét đi càng mịn nhưng thời gian thực hiện càng lâu Tuy nhiên, thông số quan trọng nhất cần lưu ý là Feed rate, điều chỉnh tốc độ gia công của hệ thống để đảm bảo quá trình gia công hiệu quả.
Hình 3.25 Khai báo mũi dao
Bước 4: Sau khi khai báo công cụ, bạn cần lựa chọn kiểu khắc đường bao hoặc lấp đầy phù hợp với yêu cầu của bản thiết kế Tiếp theo, hãy nhấp vào nút "Calculate" để phần mềm tự động tính toán và tạo ra các véc-tơ đường đi chính xác.
Hình 3.26 Chuyển mẫu cần gia công sang dạng véc-tơ
Bước cuối cùng là nhấn Save toolpath(s) để chương trình biên dịch và lưu nội dung cần gia công dưới dạng Gcode Sau khi thực hiện bước này, bạn sẽ có một file Gcode hoàn chỉnh để nạp vào Mach3 Ngoài ra, bạn cũng có thể chỉnh sửa trực tiếp trên file Gcode vừa tạo để đảm bảo sự chính xác và hoàn thiện cho quá trình gia công.
Hình 3.27 Một đoạn file Gcode sau khi được chương trình Aspire biên dịch
THI CÔNG HỆ THỐNG
Định vị và cố định vị trí các thiết bị
Hệ thống sẽ được chia ra làm 2 phần chính là phần cơ và phần điện:
Để tạo không gian làm việc lớn và thuận tiện cho việc đặt phôi, các trục nên được lắp đặt ở mép ngoài của đế nhôm Ngoài ra, cố định thanh vít me trục X lên tấm nhôm kích thước 700 × 500 × là một bước quan trọng trong quá trình lắp ráp.
Để tiết kiệm kinh phí mà vẫn đảm bảo chất lượng, các tấm nhôm 10mm được tái sử dụng hiệu quả Các tấm nhôm này được cố định chắc chắn bằng thanh vít me, được bắt lên trên bề mặt bằng các ốc lục giác 𝛷5mm dài 150mm, đảm bảo độ bền và ổn định cho cấu trúc.
Hình 4.1 Cố định trục X lên bàn nhôm
Hình 4.2 Cố định trục X lên bàn nhôm
Cố định vít me trục Y trượt bên trên và vuông góc với trục X Đồng thời cố định các cảm biến giới hạn hành trình lên các trục X và Y
Hình 4.3 Cố định trục Y trượt trên trục X
Hình 4.4 Cố định trục Y trượt trên trục X
Để đảm bảo quá trình cắt laser chính xác, nguồn laser trượt cần được cố định trên trục Y và chiếu thẳng, vuông góc với đế nhôm bên dưới Ngoài ra, để tránh va chạm với phôi và đảm bảo an toàn, bạn nên lót thêm một thanh nhôm vào chính giữa, giúp nguồn laser có thể di chuyển linh hoạt và vươn xa ra phía bên ngoài.
Hình 4.5 Cố định nguồn Laser (trục Z) trượt trên trục Y
Hình 4.6 Trục Z sau khi cố định
Cố định trục A lên đế nhôm song song với trục Y bởi các ốc lục giác 𝛷5mm dài 150mm
Hình 4.7 Cố định trục A lên bàn nhôm
Hình 4.8 Hệ thống phần cơ sau khi hoàn thanh lắp ráp
Sử dụng tấm Alu làm đế cố định các thiết bị điện nhằm giảm tải chi phí, trọng lượng, nhưng vẫn đảm bảo tính an toàn và thẩm mỹ
• Định vị và cố định các ống luồn dây điện:
Các ống luồn dây được thiết kế đặt ở rìa của đế nhôm, giúp tiết kiệm không gian và mang lại sự tiện lợi khi đi dây, đồng thời tạo nên vẻ thẩm mỹ cho tổng thể Đặc biệt, sử dụng ống luồn dây vuông là lựa chọn lý tưởng để luồn dây điện một cách an toàn và hiệu quả.
Hình 4.9 Sắp xếp, ước lượng vị trí đặt các thiết bị
Hình 4.10 Lắp đặt các ống điện vuông
• Cố định thiết bị điện:
Lắp đặt, cố định các thiết bị điện như driver, nguồn DC, board Mach3, CB… như sơ đồ đã bố trí trước đó
Hình 4.11 Cố định các thiết bị điện
Đấu nối thiết bị và đi dây
❖ Đấu nối nguồn cho hệ thống:
• Cấp nguồn cho hệ thống thông qua các CP bảo vệ
Để cấp nguồn cho hệ thống, đầu tiên cần kết nối nguồn 220VAC vào bộ nguồn DC thông qua cầu dao CB để đảm bảo an toàn Tiếp theo, các chân V+ và V- của bộ nguồn DC sẽ được nối với các chân tín hiệu nguồn trên board điều khiển, giúp cung cấp nguồn điện ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Để cấp nguồn cho hệ thống, trước tiên cần cung cấp điện áp 220VAC cho đầu vào bộ lọc nhiễu thông qua cầu chì bảo vệ CB Sau đó, các chân ngõ ra của bộ lọc nhiễu (U, V) sẽ được nối với các chân cấp nguồn của driver (L1, L2) để đảm bảo nguồn điện ổn định và an toàn.
• Cấp nguồn 24VDC cho các cảm biến và board Mach3 USB
• Cấp nguồn 12VDC cho Laser
❖ Đấu nối dây giữa board mạch điều khiển với driver và động cơ servo:
Đấu nối dây của các tín hiệu xung, chiều (NP, NG, PP, PG) trong CN1A của động cơ servo là một bước quan trọng trong việc kết nối với board điều khiển Các chân cấp xung (XP, XD, YP, YD, ZP, ZD) trên board điều khiển cần được kết nối chính xác với các tín hiệu tương ứng trên động cơ servo để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định Việc đấu nối đúng cách sẽ giúp truyền tín hiệu một cách chính xác và tránh xảy ra lỗi trong quá trình vận hành.
• Nối các pha U, V, W của servo tương ứng với U, V, W của driver
• Nối các chân tín hiệu EMR trong CN1B của động cơ servo
• Nối cáp CN2 với encoder của động cơ servo
• Điều chỉnh các thông số trong driver của động cơ
• Khai báo các chân tín hiệu trong phần mềm Mach3
• Cấp lệnh từ phần mềm Mach3 để điều khiển động cơ servo
❖ Đấu nối dây cảm biến với board mạch điều khiển:
Để kết nối cảm biến với hệ thống điều khiển, dây tín hiệu màu nâu cần được nối với cực dương của nguồn 24V, trong khi dây tín hiệu màu xanh được nối với cực âm Dây tín hiệu màu đen sẽ được kết nối với các input của board điều khiển Sau khi kết nối, bạn cần cài đặt tín hiệu cảm biến trong phần mềm Mach3 để hệ thống có thể nhận diện và xử lý tín hiệu từ cảm biến Cuối cùng, điều khiển trục đến vị trí cảm biến để cảm biến có thể tác động và dừng trục khi cần thiết.
❖ Điều khiển trục Z hệ thống CNC 4 trục: Đấu dây TTL+ vào chân 5V trên board Mach3, chân TTL- đấu chung vào 2 chân
ZD và ZP trên board Ngoài ra, chỉnh chế độ chạy jog hoặc nhập lệnh G0 Z10 để kiểm tra nguồn lazer
Tất cả các thiết bị được kết nối với nhau thông qua domino có bấm đầu cos và đánh nhãn từng dây, giúp việc kiểm tra và sửa chữa sau này trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Việc kiểm tra lại hệ thống theo sơ đồ nguyên lý đã thiết kế cũng đảm bảo rằng tất cả các kết nối đều chính xác và đầy đủ, giúp hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
Hình 4.12 Đấu dây nguồn DC
Hình 4.13 Đấu dây nguồn CB
Hình 4.15 Đấu dây cho board Mach3
Hình 4.16 Các dây nguồn, tín hiệu đều được bấm cos có đánh nhãn và đi qua Domino
Hình 4.17 Hệ thống thi công hoàn chỉnh
Kiểm tra nguội hệ thống trước khi bật điện
❖ Kiểm tra thông mạch của CB:
Kiểm tra thông mạch của các dây pha L và dây N
Hình 4.18 Kiểm tra thông mạch CB
❖ Kiểm tra thông mạch nguồn DC:
Kiểm tra kêt nối dây nguồn điện DC cấp cho board mạch
Hình 4.19 Kiểm tra thông mạch nguồn DC
VẬN HÀNH, KIỂM TRA VÀ SO SÁNH
Vận hành
❖ Bước 1: Cấp nguồn hệ thống, kiểm tra trạng thái bình thường của các thiết bị
❖ Bước 2: Chạy jog, kiểm tra hoạt động của driver và động cơ servo
Hình 5.2 Chạy chế độ Jog bằng driver
❖ Bước 3: Chạy jog, kiểm tra ngõ ra phát xung của board bằng phần mềm Mach3
Hình 5.3 Chạy chế độ Jog bằng phần mềm Mach3
❖ Bước 4: Mở phần mềm Mach3, kiểm tra kết nối với board Mach3 USB
Hình 5.4 Bấm Reset phần Status không báo lỗi là kết nối thành công
❖ Bước 5: Kiểm tra các tín hiệu ngõ vào
Hình 5.5 Kiểm tra tín hiệu ngõ vào a) Cảm biến chưa tác động b) Cảm biến tác động
❖ Bước 6: Thiết lập vị trí gốc tọa độ
Hình 5.6 Set vị trí gốc trên phần mềm Mach3
Hình 5.7 Set vị trí gốc của các trục thực tế
❖ Bước 7: Đặt phôi lên mặt phẳng không gian làm việc
Hình 5.8 Đặt phôi gia công đúng vị trí đã thiết kế trên phần mềm Vetrics Aspire
❖ Bước 8: Thiết kế nội dung cần khắc và chuyển sang Gcode bằng phần mềm Aspire
Hình 5.9 Nội dung cần gia công
Hình 5.10 Tạo nội dung cần gia công
Hình 5.11 cửa sổ khai báo lưỡi dao, cài đặt chế độ gia công, chuyển nội dung cần gia công sang dạng véc-tơ
Hình 5.12 Nội dung sau khi chuyển sang dạng véc-tơ
❖ Bước 9: Load file Gcode vào phần mềm Mach3
Hình 5.13 Cửa sổ hiển thị file Gcode để giám sát qua trình gia công
❖ Bước 10: Điều chỉnh điểm hội tụ của Laser lên bề mặt cần gia công
❖ Bước 11: Chạy chương trình thực hiện gia công phôi
Hình 5.14 Cửa sổ mô phỏng quá trình máy chạy
Kiểm tra và so sánh
Kiểm tra kích thước của hình khắc sau khi kết thúc chương trình so với cài đặt ban đầu khi thiết kế
• Kích thước chữ trên bản thiết kế: Chiều cao 40mm
• Kích thước chữ thực tế sau khi gia công: Chiều cao 40mm
Hình 5.15 Sản phẩm sau khi hoàn thành
Hình 5.16 Chiều cao chữ khi thiết kế là 40mm
Hình 5.17 Chiều cao chữ thực tế
Hình 5.18 Gia công với tốc độ (Feed rate) cao
❖ Khi thay tốc độ gia công (feedrate) từ 10mm/s lên 20mm/s sẽ cho ra kết quả như hình 5.18, ta có nhận xét như sau:
Bảng 5.1 So sánh và nhận xét kết quả gia công
Gia công tốc độ thấp Gia công tốc độ cao Tốc độ gia công Feed rate = 10mm/s Feed rate = 20mm/s
Thời gian hoàn thành T = 1 phút 50 giây T = 1 phút Độ thẩm mỹ Đường khắc đẹp, rõ rang Đường khắc khá mờ, đôi chỗ mất nét
Nhận xét Gia công ở tấp độ thấp tuy thời gian sẽ lâu hơn nhưng
Gia công ở tốc độ cao mang lại nhiều lợi ích, bao gồm thời gian gia công nhanh chóng và tạo ra các đường nét rõ ràng, thẩm mỹ cao hơn Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là hình khắc không được rõ ràng như mong muốn, đòi hỏi người gia công phải cân nhắc kỹ lưỡng giữa tốc độ và chất lượng.
Khắc phục: Chạy chương trình thêm nhiều lần
❖ Một số kết quả gia công khác
Hình 5.19 Gia công trên trụ tròn bằng trục A
Hình 5.20 Gia công lên trụ tròn bằng trục A
Hình 5.21 Gia công 4 mặt trên thanh gỗ trụ vuông bằng trục A
Hình 5.22 Gia công nội dung kích thước lớn trên mặt phẳng
Hình 5.23 Mẫu khắc lên bút gỗ